Caracterização da superfície e propriedades mecânicas da soldagem por atrito linear em juntas tri-dissimilares com ligas de alumínio e liga de titânio
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2016
Autores
Yakabu, D. Y.
Orientador
Delijaicov, Sergio
Periódico
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Citação
YAKABU, D. Y. Caracterização da superfície e propriedades mecânicas da soldagem por atrito linear em juntas tri-dissimilares com ligas de alumínio e liga de titânio. 2016. 157 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016. Disponível em: . Acesso em: 22 out. 2018.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Solda e soldagem,Tensões residuais
Resumo
A busca por estruturas mais leves e resistentes contribuiu para o desenvolvimento de métodos de solda eficazes, dentre eles, a solda por atrito linear, que é uma técnica recente e patenteada em 1991. A indústria ainda é cautelosa com o uso desta técnica, e atualmente diversos estudos voltados ao melhor conhecimento da técnica estão sendo realizados. A solda é realizada por meio do atrito entre uma ferramenta rotativa e os materiais a serem soldados. Dentre as vantagens que a técnica proporciona, encontram-se a capacidade de realizar a solda entre as ligas de alumínio séries 2xxx e 7xxx e entre materiais de composições químicas diferentes. Neste trabalho foi estudada a junção tri-dissimilar entre as ligas de alumínio 2024-T4 e 7475-T6 com a liga de titânio Ti6Al4V. As ligas de alumínio foram posicionadas na parte superior da solda, formando uma solda do tipo topo. A liga de titânio foi posicionada na parte inferior da solda, formando uma solda do tipo sobreposto com as ligas de alumínio. Os parâmetros de rotação, avanço e ângulo da solda foram definidos, seguindo um planejamento experimental central composto com dois níveis de variação. A análise da influência destes parâmetros foi realizada por meio da avaliação da integridade superficial da solda com a medição da tensão residual, microdureza e limite de resistência pelo ensaio de tração. Além desses parâmetros, as forças de apoio e avanço, o torque e a temperatura foram monitoradas e posteriormente analisadas. A tensão residual foi medida no alumínio com a técnica do furo cego e no titânio com a difração de raios X. A tensão residual no alumínio apresentou valores positivos na superfície e a medida que a profundidade aumentou, a tensão reduziu chegando a valores próximos de zero e até negativos. No titânio, a tensão residual mostrou grande influência com a temperatura, onde altas temperaturas resultaram em baixa tensão. A microdureza no titânio não apresentou correlação com as variáveis. Por meio dos ensaios de tração, o limite de resistência da solda foi comparado com os metais base, onde foi possível obter soldas com o limite de resistência superior ao AA2024.A análise de otimização, correlacionando todas as variáveis analisadas resultou em um coeficiente de desejabilidade de 0,73, com a rotação de 964 RPM, avanço de 40 mm/min e ângulo de 1,6º.
The search for lighter and more resistant structures contributed to the development of effective welding methods and among them, the friction stir welding, a recent technique patented in 1991. The industry is still cautious to use this technique, and currently several studies are being performed to improve the knowledge of the technique. The welding is performed through the friction between a rotating tool and the materials to be welded. Among the advantages which the technique provides is the possibility of welding aluminum alloys of the 2xxx and 7xxx series, and between materials of different chemical compositions. In this research a tri-dissimilar junction between aluminum alloys 2024-T4 and 7475-T6 and titanium alloy Ti6Al4V was studied. Aluminum alloys were positioned on the top portion of the welding, creating a butt weld. The titanium alloy was placed on the bottom portion of the weld creating a lap welding with the aluminum alloy. Parameters of rotation, welding speed and tilt were defined, following a central composite experimental design. The influences of these parameters were evaluated on the welding surface by measurement of residual stress, microhardness and strength by tensile test. Besides these parameters, force, torque and temperature were monitored and analyzed. The residual stress was analyzed by drill hole method on aluminum side and by X ray diffraction on titanium side. On aluminum side, residual stress showed positive value which were reducing along the deep, reach low values near zero and sometimes negative. On titanium side, residual stress showed relation to temperature, where high value of temperature resulted on low residual stress. Microhardness of titanium did not show any relation with the process parameters. Through the tensile test, ultimate tensile stress were compared with metal base, and it was possible to find out that welding had ultimate tensile stress higher than AA2024. The optimization analyzes, correlating with all evaluated parameters, resulted in a desirability value of 0,73, with rotation of 964 RPM, welding speed of 40 mm/min and angle of 1,6º.
The search for lighter and more resistant structures contributed to the development of effective welding methods and among them, the friction stir welding, a recent technique patented in 1991. The industry is still cautious to use this technique, and currently several studies are being performed to improve the knowledge of the technique. The welding is performed through the friction between a rotating tool and the materials to be welded. Among the advantages which the technique provides is the possibility of welding aluminum alloys of the 2xxx and 7xxx series, and between materials of different chemical compositions. In this research a tri-dissimilar junction between aluminum alloys 2024-T4 and 7475-T6 and titanium alloy Ti6Al4V was studied. Aluminum alloys were positioned on the top portion of the welding, creating a butt weld. The titanium alloy was placed on the bottom portion of the weld creating a lap welding with the aluminum alloy. Parameters of rotation, welding speed and tilt were defined, following a central composite experimental design. The influences of these parameters were evaluated on the welding surface by measurement of residual stress, microhardness and strength by tensile test. Besides these parameters, force, torque and temperature were monitored and analyzed. The residual stress was analyzed by drill hole method on aluminum side and by X ray diffraction on titanium side. On aluminum side, residual stress showed positive value which were reducing along the deep, reach low values near zero and sometimes negative. On titanium side, residual stress showed relation to temperature, where high value of temperature resulted on low residual stress. Microhardness of titanium did not show any relation with the process parameters. Through the tensile test, ultimate tensile stress were compared with metal base, and it was possible to find out that welding had ultimate tensile stress higher than AA2024. The optimization analyzes, correlating with all evaluated parameters, resulted in a desirability value of 0,73, with rotation of 964 RPM, welding speed of 40 mm/min and angle of 1,6º.